新時期林草資源監測智慧化發展的思考

吳雪茹，張 濤

（1.國家林業局甘肅瀕危動物保護中心，甘肅 武威 733000；2.武威市林業科學研究院，甘肅 武威 733000）

我國林草資源監測從20 世紀開始已經取得了長足發展，而隨著生態文明建設和林業改革的深入，對林草資源監測工作提出了更高和更多的要求。新時期，通過構建林草資源監測智慧化工作模式，將各種數據通過互聯網實現融合共享，系統觀察和分析、評價林草資源，了解林草資源變化影響因素和內在規律，為林草資源持續發展提供依據，進而不斷提高監測水平和信息服務能力。而智慧化林草監測利用物聯網、大數據、云計算等信息技術采用智能化和物聯化手段建立一體化的林草發展模式，以便適應新環境下的林草發展趨勢，不斷提高林草資源監管水平。

1 新時期林草資源監測發展現狀

從新中國成立以后，林草資源監測水平處于不斷發展過程中，相關理論、技術手段及規范標準也都取得了長足進步，陸續制定并施行了多個行業技術標準，配置的林草資源調查制度基本成型，并建立了各種專項檢查核查監測體系。進入21 世紀，林業發展逐漸從木材生產轉變為生態建設，通過各種方法提高資源監測水平和服務水平。2003年我國落實了林草資源遙感監測定量化綜合處理和業務運行系統，促進了遙感技術的應用，使林草資源調查從定性監測轉變為定量和半定量監測[1]。2004 年，我國通過驗收相關研究項目為一體化監測體系建設提供了思路，并在此基礎上落實了森林資源綜合監測技術研究項目，重點突破了抽樣設計、數據采集及數據融合等相關技術，進而提供了豐富的技術資源。2010 年以后，我國針對林地資源制定了《全國林地保護利用規劃綱要》并建設了全國森林資源管理制度，搭建了智慧管理平臺，并完成了全國森林資源連續清查和規劃設計調查等活動，開展了年度專項調查核查工作，把控了森林資源現狀及其發展動態，能夠滿足生態建設需求及林業發展信息需求[2]。

2 新時期林草資源監測智慧化發展面臨的挑戰

我國林草資源監測已經逐漸形成了相對成熟的調查體系，但是林草融合生態綜合監測評價體系仍然處于發展階段，在林草資源融合智慧化監測發展過程中面臨以下調整，需要深入分析。

2.1 監測信息收集手段匱乏

新時期，林草資源監測包括資源保護、行政執法、災害預警及生態修復等內容。

資源保護是基于資源本體調查，采用人工現地調查和衛星遙感調查2 種方式開展，但傳統設備無法支持大工作量的信息采集。由于林草資源清查周期為5 年，涉及的地面樣本多達幾十萬個，若是采用人工角色羅盤復位樣地調查方式則無法滿足調查需求，而現有的新監測設備支撐力度不夠，普遍缺乏自動化監測設備。

林業行政執法是根據年度資源利用情況和變動情況進行監測，對監測成果具有較高的時效性要求。在對全國森林資源進行督查時，可以利用內業線上自動化判斷和外業在線采集等技術，提高監測效率[3]。

災害預警監測結果可以應用在預警和防治工作中。由于災害發生比較緊急，因此需要對信息高效及時采集傳輸出來，這就需要一體化智能預警和適用的通信網絡作為保證。

這些業務需求在監測周期、監測精度和監測維度方面有著不同要求，但是普遍未配置自動化、智能化信息采集技術和相應設備，各種感知平臺也未解決統一架構和融合共享等方面的問題，導致林草資源生態感知系統發展受到影響。

2.2 監測數據處理不夠到位

林草資源監測工作中，數據收集和傳輸需要利用大數據融合處理及挖掘分析技術找到具有價值的內容。現階段林草信息化應用正處于發展時期，我國林業信息化盡管已經得到普及，但是并未對大數據形成客觀的認識和應用，在林草資源監測和生物多樣性監測調查等方面存在數據資源利用不足現象，盲目投資硬件設備，對數據資源收集、挖掘和利用并不注重[4]。除此之外，當前我國林業資源的數據資源建設和共享水平較低，用戶并不注重數據資源建設工作，盡管具有數據意識但是很少加工整理并挖掘數據后續應用需求，各機構之間數據共享不夠完善，不同數據源彼此獨立構成了信息孤島，不利于林草資源監測大數據建設。

2.3 監測服務能力需要提升

根據當前林草行業發展要求，林草資源監測信息化需要建設滿足各層級和多業務的協同服務體系。但是林草監測在橫向上存在業務不到邊、縱向上存在信息不到底的問題，檢測結果難以在省市縣鄉等實現協同共享，上級無法準確把控下級工作進度和工作質量，而內部各部門使用的子系統彼此不兼容，數據標準不同，不利于數據融合[5]。因此，新時期林草資源監測需要探究新的信息共享模式，開發各種接口，建立全面覆蓋的數據共享平臺，提供一站式服務。

2.4 監測平臺運維安全有限

林草監測范圍普遍位于山區等地區，在部署系統時要注意設備的野外運行維護問題，因此需要根據當地基礎設施選擇合適的設備型號，降低后期管理成本和維護難度。林草監測工作是為管理工作提供便利，但由于基層臨床技術匱乏，無法勝任遙感影像數據應用、無人機操控和更新平臺數據等工作，因此需要建立相應的運行機制，為基層用戶提供保障[6]。另外，林草行業缺乏數據所有權和隱私權等方面的法律，且安全防范能力和管理水平較低，對數據保密和數據共享劃分不明，并未建立具有安全功能和發展功能的數據保障體系。

3 新時期林草資源監測智慧化發展路徑

新時期林草資源智慧化監測不僅包括林草資源和生態系統等，還涉及了各種信息技術和軟硬件設備等。新時期林草監測信息需求提高和當前智慧監測技術發展之間存在明顯矛盾，要想解決這一矛盾，必須要加大力度發展智慧化技術。在探索智慧化建設技術時，本研究提出以下措施。

3.1 構建一體化監測網絡

新時期通過構建一體化監測網絡形成點線面全面覆蓋的監測區域，組成林草資源智慧化監測感知網絡。在該網絡中，通過衛星遙感平臺實現大空間尺度監測，并結合多光譜、高光譜及合成孔徑雷達等設備實現災害預警和資源變化分析等業務活動。同時通過無人機平臺實現中空間尺度監測，并結合激光雷達和傾斜相機等設備，進行資源結構分析、有害生物防治和火災偵查等工作。通過地面物聯網設備可以實現中小空間尺度監測，其中視頻監控和熱紅外相機等設備能夠進行資源管護、野生動物保護等工作[7]。通過微波、5G 技術和光纖等通信方式可以提供網絡服務。這些技術和設備共同構成了一體化監測網絡，能夠對監測對象、周期頻率及空間尺度實現點線面全覆蓋監測，進而組建多業務和多用戶需求的林草資源生態感知一體化監測網絡。

3.2 利用大數據處理技術

通過利用大數據處理技術建立大數據應用中心，可以提供準確的林草資源相關信息，為管理決策提供保障。通過建設林草大數據中心加工處理數據，整合時空大數據，并進行智慧化分析挖掘，實現數據交互和展示，保障數據標準和安全。在數據加工處理時，數據中心可以根據林草生態感知網絡得到柵格、矢量及報表等數據對其進行標準化處理，規范數據，使其符合入庫標準。整合時空大數據則是根據時間和空間規律歸類融合公共基礎庫、林草基礎庫及林草專題庫為大數據應用奠定基礎[8]。通過數據交互和展示業務對大數據結果實現可視化展示、統計分析和施工查詢等。在全國森林資源督察過程中，利用大數據技術對遙感影像和數據進行加工處理，進而發布時空數據，同時利用遙感影像樣本庫及AI 影像變化識別模型實現在線遙感判讀，并采用圖表和三維形式將工作結果和工作進度實時展現出來。

3.3 落實智慧化監測服務

通過建設和落實林草智慧監測服務平臺達到橫向到邊、縱向到底、底端支撐和前端應用目的。其中，橫向到邊涉及了林草資源監測、生態修復和保護、生態富民和安全等監測業務。縱向到底是根據國家以及省市縣等組織配置相應的用戶管理體系，使不同層級用戶按照角色、范圍及功能訪問數據資源和業務模塊，以便上級能夠實時掌握下級工作，而下級能夠實時接受上級指示并反饋工作結果。若是服務訪問量大則可以采用混合云服務模式進行計算，隱私數據則采用私有云存儲，公共數據則采用公有云存儲方式，這樣能夠大大減少建設成本，并保證數據安全和服務質量[9]。在平臺用戶訪問時通過APP、網頁和本地服務等桌面應用端和監測指揮中心大屏幕滿足不同場景下的用戶應用需求。

3.4 創新林草監測模式

林草資源監測過程中采用馬賽克概念，并利用互聯網連接使林草調查和監督管理具備條塊化數據特征的信息資源，使信息實現深度融合，并做到數據實時共享，將監測數據廣泛應用在各種業務場景及組合中，進而提高林草資源建設水平和信息服務能力。

首先，利用馬賽克模式突破事前障礙，將一類清查、二三類調查和專項資源監測結果結合起來建立數據和資源共享機制，解決監測數據存在的協調銜接不順暢這一問題，進而構成數據多方監控、補充及利用的模式，提高監測信息協同共享水平。其次，利用馬賽克模式改變當前林草監測調查時序規律，構建新的時序機制，形成點面結合、上下協同及數圖協同的林草資源監測體系，方便抽樣調查和更新相結合，并利用國家森林資源智慧管理平臺將相關數據匯總到平臺上，發揮數據匯總效果，實現森林資源管理實時更新和監測實時出數作用，提高森林資源監測信息時效性[10]。最后，利用馬賽克模式改變傳統的林草資源監測數據來源模式，使調查數據來源實現多元化，有利于數據監測中的各種數據有機結合起來，通過互相驗證實現數據驗證和評價模型，快速甄別數據，去除冗雜數據，發揮馬賽克模式抗干擾優勢，化解調查數據存在的錯誤和人為偏差，提高監測體系防偏能力，確保林草資源監測信息精準可靠。

3.5 保障監測平臺的安全

通過不同方式建立林草資源智慧化監測保障體系，具體方式：①軟硬件運維設計，在設計時需要注重建設基礎設施和軟件開發升級，提高軟件的兼容性和簡易性，盡可能采用通用設備以及具有兼容功能的接口，可以降低運維難度和運維成本；②信息安全管理涉及了相應機制管理，例如注冊審核機制、涉密數據辨別處理機制等，還有軟硬件安全環境建設等；③數據更新推送是根據區域和省級監測大數據中心對監測數據及其結果進行定期推送，提供相應的推送服務，使監測信息更加豐富完善；④區域遠程服務是根據遠程操控技術對無人機和物聯網等設備進行遠距離操控，進而減少基層工作人員壓力。

4 結束語

綜上所述，新時期林草資源監測智慧化發展十分重要，利用智慧化和智能化方式能夠將監測結果價值充分挖掘出來。對此，需要建設林草一體化監測網絡解決監測數據獲取問題，采用大數據處理技術可以充分挖掘數據價值，落實智慧化建設服務為智慧監測提供保障，而保障智慧監測平臺安全為監測數據應用和管理奠定基礎，完善林草資源智慧化建設體系，促進生態文明建設，提高林草現代化建設服務水平。